Стискання інформації

Для зменшення об’єму інформації АК, що передається по кабелю, запропоновано кожну рівномірно квантовану по часу з кроком Δt трасу представляти у вигляді сукупності так званих “характерних точок”[9]. Всю сукупність характерних точок на трасі можна розділити на наступні види:

1) “Екстремуми” – амплітуди і відповідні їм часи (або їх прирости) в екстремальних точках сигналу АК, тобто координати локальних максимумів і мінімумів гармонічної кривої.

2) “Нулі” – часи (або їх прирости) в точках переходу сигналу АК через нульову вісь, тобто часові координати нулів гармонічної кривої.

2.1.3.2 Визначення екстремумів

Визначення координат екстремумів передбачає застосування для аналізу п’яти сусідніх точок (цифрових відліків), при цьому середня з них А(і) приймається за екстремум, якщо А(і-2)≤А(і-2)≤А(і)≥А(і+1)≥А(і+2) (локальний максимум); А(і-2)≥А(і-2)≥А(і)≤А(і+1)≤А(і+2) (локальний мінімум).

Для кожної точки, яка задовільняє одну з цих умов локального екстремуму, одночасно з амплітудою А(і) визначається часова координата – приріст часу (N_i Δt) від попередньої характерної точки.

2.1.3.3 Визначення нулів

Для точок переходу через нуль визначається тільки приріст часу (N_i Δt) від попередньої “характерної точки”, при цьому точність (дискретність) визначення часу може бути значно вища, ніж тривалість Δt кроку дискретизації АЦП. Це досягається, наприклад, за рахунок лінійної інтерполяції часу між двома найближчими точками – до і після перетину нульового рівня.

2.1.3.4 Додаткові умови

Для скорочення кількості характерних точок, частота слідування яких перевищує верхню частотну межу сигналів АК, необхідно ввести обмежувальний параметр мінімальної затримки (NΔt)min, тобто, якщо “характерна точка” розміщена на відстані від попередньої меншій, ніж задане число тактів Nmin, то вона ігнорується. І навпаки, для часових інтервалів траси з низькочастотними сигналами АК вводиться обмежувальний параметр максимальної затримки (NΔt)max: при тривалій відсутності на трасі “характерних точок” через задане число тактів Nmax береться додаткова характерна точка.

2.1.3.5 Пакування і передача даних

Описаний алгоритм стискання даних АК [9] розрахований на обробку цифрового потоку від швидкодіючого АЦП в реальному часі із застосуванням мікроконтролера у свердловинному приладі. Обробка може супроводжуватись додатковим пакуванням стиснених трас в кадри оптимальної структури, які узгоджені по форматах з використовуваною цифровою телеметрією.

Робота алгоритмів стискання і пакування даних АК випробувана на фактичному матеріалі по двох свердловинах, в яких записані дані двохзондового і чотиризондового широкополосного АК з кроком дискретизацї по часу 4мкс і тривалістю трас 2 і 4мс відповідно. Середні параметри стискання трас АК наведені в таблиці 8.1.

Таблиця 2.2 - Середні параметри стискання трас АК

Коефіцієнт стискання, отриманий на реальному свердловинному матеріалі, складає від 8,0 (при Nmin=1) до 12 (при Nmax=4).

2.1.3.6 Відтворення стисненої інформації

Для налагодження і дослідження властивостей алгоритмів відтворення стиснених трас АК розроблена спеціальна дослідницька програма, складена в рамках графічної оболонки інтерактивної системи обробки даних сейсморозвідки ИНПРЕС-2. Крім процесу розпакування даних та їх інерполяції, задіяний ряд процедур, числової та візуальної графічної оцінки якості різних варіантів відтворення:

Для будь-якої вибраної траси формується тестовий файл з проміжними розрахунковими параметрами (числові масиви до і після корекції, різниці амплітуд початкової і відтвореної трас, середньоквадратичне відхилення амплітуд відновленої траси від початкової, функція взаємної кореляції, розрахунок фазово-хвильових діаграм (ФХК) початкової і відтвореної трас, параметри характерних точок і коефіцієнтстискання траси та ін.).

Формується змішаний файл, який складається в перемішку з початкових і відтворених трас, що дозволяє переглядати на екрані однойменні початкові і перетворені траси. В системі ИНПРЕС-2 є режим слідкування за фазою даної сукупності трас і виводу в тестовий файл параметрів слідкування (час, амплітуда, видима частота і енергія півперіоду екстремума). Перегляд даного файлу дозволяє контролювати характер співпадіння вказаних вище параметрів на початковій і відтвореній трасах.

Формується вихідний файл відтворених трас АК. Створена процедура накладання двох кольорових зображень в заданому часовому вікні. Вона дозволяє оцінити візуально характер різниці початкової і відтвореної трас.

При розробці алгоритмів відтворення початкової траси АК ставилась задача виконання основної умови – “характерні точки” відтвореної траси АК повинні відповідати характерним точкам початкової траси, при цьому на відтвореній трасі не повинні появлятись нові (хибні) “характерні точки”.

По суті справи, фазові (по переходам через нуль) і амплітудні (по ектремумам) спотворення відтвореної траси не допускаються. Відтворена по таким жорстким критеріям траса буде завжди мати такий самий набір “характерних точок”, як і початкова траса, тобто може піддаватись багаторазовому повторному стисканню/відтворенню без суттєвого накопичення похибок перетворення. По цьому критерію запропонований метод стискання/відновлення, еквівалентний програмам архівації даних..

Оскільки початкова траса АК має складні багатомодальні спектри, то важко очікувати симетричних (квазісинусоїдальних) форм сигналів навколо їх екстремумів. Як рзультат на початково відтвореній трасі можуть появлятись хибні екстремуми і, відповідно, зникати попередні. Для усунення цього недоліку отриманий масив “характерних точок” піддається корекції: проводиться пошук екстремальних точок і розраховуються додаткові точки, розміщені на відстані ±Δt. Ці точки є точками кубічного полінома , який проходить через даний екстремум і найбижчий перехід через нуль. Скорегований масив піддається сплайновій інтерполяції кубічними поліномами.

Отримані в результаті інтерполяції відтворені траси АК при їх візуальному співставленні з початковими трасами в графічному вигляді практично не відрізняються. Середньоквадратична похибка не перевищує 3.5%, функція взаємної кореляції – 0.994. Різниця видимої частоти і енергії півперіодів не перевищує ±5%.

На рис.2.4 наведений приклад співставлення сигналів АК: а – початкова траса, б – відновлена після стиснення.

Рисунок 2.4 - Приклад співставлення початкової (а) та відтвореної після стискання (б) трас

На рис.2.5 показаний фрагмент тієї ж траси в детальному масштабі за часом. На рис.2.6 приведено порівняння спектрів сигналів АК: а – спектр початкової траси, б – спектр траси відновленої після стискання.

Очевидно, що в полосі частот досліджуваних акустичних сигналів (в даному прикладі від 2,5 до 15кГц) спектральний склад відтвореного після стискання сигналу ідентичний початковому.

Найбільш об’єктивним критерієм оцінки степені спотворення даних АК при стисканні може служити пряме порівняння результатів обробки даних хвильового АК з використанням стандартних геофізичних програм і процедур обробки.

Рисунок 2.5 - Приклад співставлення початкової (а) та відтвореної після стискання (б) трас в детальному масштабі

Рисунок 2.6 - Приклад співставлення спектрів початкової (а) та відтвореної після стискання (б) трас